Tài liệu Nghiên cứu các phương pháp thông minh để phân loại và định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ PHAN HUẤN NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ PHAN HUẤN NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 62 52 50 05 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án VŨ PHAN HUẤN MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 3 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ................................................... 5 6. Bố cục của luận án ........................................................................................ 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ............................................................................................................... 9 1.1 Mở đầu ................................................................................................................ 9 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ....................................................................... 10 1.2.1 Giải pháp dựa trên kỹ thuật quản lý vận hành ...................................... 12 1.2.2 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu ở tần số lưới điện ................................................................................................... 14 1.2.3 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu cao tần ........... 22 1.2.4 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật hệ thống thông minh ................... 27 1.2.5 Hướng nghiên cứu dựa trên phương pháp lai ....................................... 32 1.3 Kết luận ............................................................................................................. 34 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ SỰ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA BẢO VỆ RƠLE ............................ 36 2.1 Mở đầu .............................................................................................................. 36 2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ trong hệ thống điện ................................ 37 2.2.1 Sóng hài trong hệ thống điện ................................................................ 37 2.2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ ..................................................... 39 2.2.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 42 2.3 Ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle khoảng cách ....................... 43 2.3.1 Điện trở sự cố ........................................................................................ 43 2.3.2 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ một phía ........... 43 2.3.3 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ hai phía ............ 44 2.3.4 Khắc phục ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle............... 46 2.3.5 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 48 2.4 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơle ............................... 48 2.4.1 Sai số BI, BU ......................................................................................... 48 2.4.2 Giải pháp cải thiện sai số BI, BU .......................................................... 50 2.4.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 52 2.5 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle ................ 52 2.5.1 Công thức tính hệ số k ........................................................................... 52 2.5.2 Xác định trở kháng đường dây và hệ số k ............................................. 53 2.5.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 58 2.6 Kết luận ............................................................................................................. 58 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ CỦA RƠLE KỸ THUẬT SỐ .................................................................. 59 3.1 Mở đầu .............................................................................................................. 59 3.2 Phần mềm phân tích bản ghi sự cố rơle bảo vệ ................................................. 60 3.2.1 Phần mềm phân tích sự cố Sigra 4 ........................................................ 63 3.2.2 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 65 3.3 Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường dòng điện, điện áp tại một đầu đường dây .................................................................................................. 65 3.3.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL và GE ................................................. 65 3.3.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA ................................................... 70 3.3.3 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SIEMENS ................................................... 71 3.3.4 Hãng sản xuất rơle bảo vệ ABB............................................................ 76 3.3.5 Hãng sản xuất rơle bảo vệ AREVA ....................................................... 79 3.3.6 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 80 3.4 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ hai đầu đường dây ......................... 81 3.4.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA .................................................. 81 3.4.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL ............................................................. 82 3.4.3 Đánh giá phương pháp định vị sự cố .................................................... 84 3.4.4 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 86 3.5 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ ba đầu đường dây .......................... 87 3.5.1 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo không đồng bộ của hãng SEL... 87 3.5.2 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo đồng bộ dòng điện và điện áp của hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA .............................................................. 89 3.5.3 Phương pháp định vị sử dụng biến đổi Clarke mở rộng của hãng sản xuất rơle bảo vệ GE ................................................................................................ 90 3.5.4 Đánh giá phương pháp định vị sự cố .................................................... 93 3.5.5 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 94 3.6 Kết luận ............................................................................................................. 94 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ............................................................ 96 4.1 Mở đầu .............................................................................................................. 96 4.2 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng hệ mờ ............................................... 97 4.2.1 Thuật toán phân loại sự cố .................................................................... 97 4.2.2 Đánh giá phương pháp phân loại sự cố trên cơ sở hệ mờ .................. 101 4.2.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 105 4.3 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng phân tích wavelet ........................... 105 4.3.1 Phân tích wavelet rời rạc .................................................................... 106 4.3.2 Tính toán độ lớn dòng điện ................................................................. 108 4.3.3 Thuật toán nhận dạng sự cố ................................................................ 108 4.3.4 Ứng dụng phương pháp phân loại dạng bằng wavelet ....................... 110 4.3.5 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 110 4.4 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANN ............................................... 111 4.4.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANN để phân loại sự cố ........................... 112 4.4.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu ...................................................... 120 4.4.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 123 4.5 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANFIS ............................................ 124 4.5.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANFIS để phân loại sự cố ........................ 124 4.5.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu ...................................................... 125 4.5.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 126 4.6 Kết luận ........................................................................................................... 126 CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ANN, ANFIS ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .............................................. 128 5.1 Mở đầu ............................................................................................................ 128 5.2 Ứng dụng mạng ANN trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện............ 129 5.2.1 Xây dựng mô hình mạng ANN ............................................................. 129 5.2.2 Kết quả thử nghiệm ANN định vị sự cố ............................................... 132 5.2.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 132 5.3 Ứng dụng mạng ANFIS trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện ......... 133 5.3.1 Xây dựng mô hình mạng ANFIS .......................................................... 133 5.3.2 Kết quả thử nghiệm ANFIS định vị sự cố ............................................ 134 5.3.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 135 5.4 Thí nghiệm kiểm chứng .................................................................................. 135 5.4.1 Đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông.............................................. 137 5.4.2 Đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế .................................................... 145 5.5 Kết luận ........................................................................................................... 149 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Nguyên nghĩa 1 ANFIS 2 ANN 3 BI Máy biến dòng điện 4 BU Máy biến điện áp 5 BVKC Bảo vệ khoảng cách 6 CWT Phân tích wavelet liên tục 7 DCL Dao cách ly 8 DWT Phân tích wavelet rời rạc 9 DZ 10 EIOCR 11 ES 12 EVN 13 FL Hệ mờ 14 FLS Hệ thống định vị sự cố 15 FLS Bộ định vị sự cố 16 GPS Hệ thống đồng bộ thời gian 17 HTĐ Hệ thống điện 18 IED Thiết bị điện tử thông minh 19 ITOCR 20 MBA 21 MC Máy cắt 22 MSE Sai số quân phương 23 MU Bộ trộn tín hiệu 24 NCIT BU, BI không truyền thống 25 NMĐ Nhà máy điện 26 PDC Bộ tập hợp dữ liệu 27 PMU Bộ đo lường đồng bộ góc pha Mạng nơ ron thích nghi Mạng nơ ron nhân tạo Đường dây Rơle quá dòng cơ có đặc tính độc lập Hệ chuyên gia Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam Rơle quá dòng cơ có đặc tính phụ thuộc Máy biến áp 28 RLBV Rơle bảo vệ 29 RMSE Sai số căn quân phương 30 SCADA 31 TBA Trạm biến áp 32 THDi Tổng méo dạng sóng hài dòng điện 33 TTK Thành phần thứ tự không 34 TTN Thành phần thứ tự nghịch 35 TTT Thành phần thứ tự thuận 36 WT Phân tích Wavelet Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Công thức tính tổng trở sự cố 16 Rơle bảo vệ tích hợp chức năng định vị sự cố được sử dụng Bảng 2.1 phổ biến tại các TBA ở Việt Nam 36 Bảng 2.2 Kết quả dòng điện tác động và THDi 40 Bảng 2.3 Kết quả thời gian tác động và THDi 40 Bảng 2.4 Đo lường dòng điện có chứa thành phần sóng hài 41 Bảng 2.5 Kết quả đo hiển thị trên hợp bộ CPC 100 55 Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra trên rơle SEL 421 68 Bảng 3.2 Kết quả thử nghiệm rơle 7SJ622 75 Bảng 3.3 Công thức tính dòng điện và điện áp sự cố 78 Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng 85 Bảng 4.1 Kết quả α, β, R21, R02 tương ứng 10 kiểu sự cố 98 Bảng 4.2 Quan hệ giữa các biến ngôn ngữ 99 Bảng 4.3 Thông số hệ thống mô phỏng ngày 16/07/2012 101 Bảng 4.4 Đầu ra mong muấn mạng ANN 115 Bảng 5.1 Thông số cài đặt dữ liệu huấn luyện 130 Bảng 5.2 Kiến trúc ANN sử dụng trong định vị sự cố 131 Bảng 5.3 Kiến trúc mạng ANFIS dùng để định vị sự cố 134 Tổng hợp số liệu kết quả kiểm tra định vị sự cố đường dây tại Bảng 5.4 TBA 110kV Đăk Nông và TBA 110kV Đăk Mil thu thập từ năm 2012 đến 2013 138 Bảng 5.5 Thông số cài đặt dữ liệu huấn luyện 140 Bảng 5.6 Kiến trúc ANFIS dùng để định vị sự cố tại TBA 110kV Đăk Mil 142 Bảng 5.7 Kết quả kiểm tra sự cố pha AN 142 Bảng 5.8 Kết quả kiểm tra sự cố pha CN 143 VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ !